WO2012034971A1 - Procédé et système de contrôle d'un filtre - Google Patents

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WO2012034971A1 PCT/EP2011/065747 EP2011065747W WO2012034971A1 WO 2012034971 A1 WO2012034971 A1 WO 2012034971A1 EP 2011065747 W EP2011065747 W EP 2011065747W WO 2012034971 A1 WO2012034971 A1 WO 2012034971A1
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Philippe Claudon
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    • G01N15/08—Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials
    • G01N2015/084—Testing filters

Definitions

  • the invention relates to filters for an air intake duct in a turbine, in particular a gas turbine.
  • the invention relates to filters used in installations located in an environment rich in salt water.
  • the air contains fine dust particles, the majority of which are of the order of a few microns. Inasmuch as it sucks up a considerable amount of air, a turbine is very sensitive to the negative effects of these dust particles.
  • the atmospheric air may contain dust, mist, rainwater, salt water, carbon particles, etc. Therefore, the air sucked by the turbine is likely to cause corrosion and pollution inside the turbine duct and especially inside the air compressor that is first in the pipe. The performance of the compressor is reduced, thus generating a reduction in the efficiency of the turbine power generator.
  • a filter is generally placed at the inlet of the air inlet duct of the turbine, so as to avoid the deposition of dust particles contained in the air in the compressor of the turbine .
  • the retention corresponds to the ratio between the weight of the dust particles retained and the total weight of the dust exposed to the filter.
  • the trace of dust corresponding to the relative characteristics of visual fouling due to the dust that has passed through the filter can also be considered.
  • the object of the invention is therefore to provide a method and a system for controlling the performance of filters for an air intake duct of a turbine.
  • the invention relates to a method of controlling a filter for an air intake duct of a turbine in which the filter is subjected to an incident stream of sprayed salt water, and measuring flux parameters on either side of the filter representative of the salt retention efficiency of the filter.
  • the filter to be controlled is used in an environment other than the marine environment.
  • the measurement steps are performed in a sequence of at least one test.
  • measuring elements are moved in a test pipe in which the filter is placed.
  • test sequences are performed.
  • the filter can optionally be dried between the sequences.
  • the filter is inclined by ten degrees with respect to the horizontal axis.
  • each test includes measurement of salt concentration, saltwater droplet distribution, and amount of water and salt.
  • the dry filter can be loaded with dust and at least one test sequence can be performed on the dust-laden dry filter.
  • the invention relates to a control system of a filter for an air intake pipe in a turbine comprising means for injecting a stream of salt water sprayed to the filter.
  • the control system further comprises flow parameter measuring members on either side of the filter representative of the salt retention efficiency of the filter.
  • the measuring members comprise at least one member selected from a flowmeter, a conductivity meter, a photometer, a white light spectrometer, a humidity sensor, a pressure sensor and a particle measuring device.
  • control system 1 comprises a test pipe 2 in which a test filter 3 is mounted and in which test steps are performed to determine the salt retention capacity of the filters. 3.
  • the test pipe 2 is thus provided with a suitable support for the filter 3 (not shown) to position it transversely in the pipe in the path of an incident air flow illustrated by arrows F.
  • a high performance filter 4 called a "HEPA" filter, is mounted at the inlet of the test pipe 2 so as to provide quality air in the pipe, in particular in different measuring zones A, B, C and D.
  • the measuring zone A is located between the HEPA filter 4 and the filter to be tested 3 up to the zone B which is situated directly upstream of the filter 3.
  • the zone C is situated directly downstream of the filter 3 and the Zone D is located downstream of zone C.
  • Test pipe 2 comprises means 5 for injecting a stream of salt water towards filter 3 and an air transmission device (not shown) located upstream. of the test pipe 2.
  • the control system 1 comprises flow parameter measuring members disposed on either side of the filter 3. These measuring devices are connected to a computer 6 which makes it possible to record the measurements made.
  • the measuring elements comprise, for example, a flow meter 7, a humidity sensor 8, a static pressure sensor 8a, a white-light spectrometer 9, a graduated means 9a, a photometer 10, a conductivity meter 11 and a measuring means. measure 12 of the number of particles.
  • a flow meter 7 a humidity sensor 8, a static pressure sensor 8a, a white-light spectrometer 9, a graduated means 9a, a photometer 10, a conductivity meter 11 and a measuring means. measure 12 of the number of particles.
  • the flowmeter 7 is located upstream of the HEPA filter 4 and makes it possible to determine the flow rate of the incoming air.
  • a humidity sensor 8 and a static pressure sensor 8a are located in each of the zones A and D.
  • the white-light spectrometer 9 and makes it possible to determine the quantity of water in the zone A injected by the injection means 5 and the amount of water in the zone D.
  • the graduated means 9a is located in the zones B and C and makes it possible to determine the quantity of water present in these zones.
  • the photometer 10 is located in zone A and makes it possible to determine the salt concentration.
  • the conductivity meter 11 and the particle number measuring means 12 are located in the zones B and C on either side of the filter 3.
  • the conductivity meter 11 determines the salt concentration and the measuring means 12 makes it possible to determine the partial efficiency of the filter 3.
  • the partial efficiency corresponds to the number of particles located downstream of the filter 3 compared to the number of particles of the same size located upstream of the filter 3.
  • the pipe 2 as shown has, by way of non-limiting example, a height-adjusted shape so as to obtain a better distribution of the injection of the salt water on the filter 3.
  • a first drop 13 forms an angle ⁇ with the horizontal axis
  • a second vertical drop 14 forms an angle ⁇ with the horizontal axis.
  • the angle ⁇ may be less than 7 ° and the angle ⁇ may be greater than 20 °.
  • a straight line or with different angles ⁇ and ⁇ can also be considered to carry out the control of the filter 3.
  • the filter 3 to be tested is inclined at an angle to the horizontal axis of the pipe 2. The angle may be 10 °.
  • the filter 3 is mounted in the pipe 2 by sealed fastening means (not shown) in order to direct the flow of salt water only through the filter 3.
  • the salt concentration injected by the injection means 5 may be, for example, 35 g / l.
  • a first control step consists of tar setting the white light spectrometer 9 as well as the measuring means 12 of the number of particles.
  • the filter to be tested 3 is not positioned in line 2.
  • a flow of air is directed by the air transmission device through the HEPA filter 4 so as to obtain a good quality of air.
  • air in the measurement zones A, B, C and D, then the salt water is injected by the injection means 5. The air flow makes it possible to obtain an incident flow of salt water sprayed towards the filter 3.
  • the computer 6 reads the values of the white light spectrometer 9, the conductivity meter 11 and the means 12 for measuring the number of particles upstream and downstream of the HEPA filter 4, that is to say the values of the quantity of d water, salt concentration and number of particles.
  • a second step is to insert and lock the filter 3 in the pipe 2, then the air flow is transmitted by air transmission device and the filter 3 is subjected to the incident flow of salt water sprayed by the injection means 5 for a predetermined period, for example three hours.
  • a third step is to perform three tests for one hour.
  • Each test includes measuring the amount of water by the white light spectrometer 9, measuring the salt concentration by the photometer 10 and measuring the number of particles by the measuring means 12 to determine the partial efficiency filter 3.
  • each test lasts about fifteen minutes. An interval of about twenty minutes exists between each start of testing.
  • the white light spectrometer 9 and the photometer 10 are moved in line 2 along the horizontal axis. During the tests, the measuring members 9 and 10 can be positioned in zone B, then in zone A, and in zone D.
  • the three tests are repeated for about two hours, in order to obtain three measurements of each measuring device 9, 10 and 12 and to deduce an average thereof.
  • test sequences Steps one through four are referred to later as "test sequences”.
  • the fifth step is to dry the filter 3, for example by increasing the flow of air.
  • the filter is dried for about twelve hours and its moisture content is checked.
  • the test sequence is repeated at least once.
  • the test sequence can be repeated up to four times.
  • the 3 sec filter is loaded with dust at 450 Pa, for example of the ASHRAE type, and the test sequence is repeated at least two times, and then the filter is loaded again.
  • the pressure drop should be checked regularly during the test.
  • the invention which has just been described makes it possible to control a filter and to determine its efficiency of retention of salt and dust in a maritime environment, as a function of the amount of salt water upstream and downstream of the filter 4 , the amount of salt recovered upstream of the filter 4.
  • the amount of saline water recovered upstream of the filter must be greater than the amount of saline water recovered downstream of the filter, the value of the salt water droplet efficiency and the amount of salt deposit must be greater than or equal to reference values. It can be noted, that there usually has a quantity of water, for example 25% of the initial quantity of water, which does not reach the filter 3.
  • the invention is not limited to the control of filters used in a maritime environment, but makes it possible to control any filter.

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Abstract

Selon ce procédé de contrôle d'un filtre (3) pour conduite d'admission d'air d'une turbine, -on soumet le filtre (3) à un flux incident d'eau salée pulvérisée, -on mesure des paramètres du flux de part et d'autre du filtre représentatifs de l'efficacité de rétention en sel du filtre.

Description

Procédé et système de contrôle d'un filtre
L'invention concerne les filtres pour conduite d'admission d'air dans une turbine, en particulier une turbine à gaz.
Plus particulièrement l'invention concerne les filtres utilisés dans des installations situées dans un environnement riche en eau salée.
Comme on le sait, l'air contient de fines particules de poussière, dont la majorité sont de l'ordre de quelques microns. Dans la mesure où elle aspire une quantité considérable d'air, une turbine est très sensible aux effets négatifs de ces particules de poussière.
L'air atmosphérique peut contenir de la poussière, de la brume, de l'eau de pluie, de l'eau salée, des particules de carbone.... Par conséquent, l'air aspiré par la turbine est susceptible de provoquer une corrosion et une pollution à l'intérieur de la conduite de la turbine et notamment à l'intérieur du compresseur d'air qui se trouve en premier dans la conduite. La performance du compresseur est réduite, générant ainsi une réduction du rendement du générateur de puissance de la turbine.
Afin de réduire ces risques, un filtre est en général placé à l'entrée de la conduite d'admission d'air de la turbine, de façon à éviter le dépôt de particules de poussières contenues dans l'air dans le compresseur de la turbine.
Pour cela, il est important de bien contrôler les filtres utilisés afin qu'ils permettent de filtrer un maximum de résidus présents dans l'atmosphère et notamment le sel présent dans l'eau de mer.
L'amélioration des performances des filtres permet de réduire les arrêts des turbines, de prolonger leur durée de vie et d'augmenter leur rendement.
Il existe différents tests principaux d'efficacité de filtration. Un paramètre qui permet de contrôler l'efficacité de filtration est la rétention du filtre. La rétention correspond au rapport entre le poids des particules de poussières retenues et le poids total des poussières exposées au filtre. La trace de poussière correspondant aux caractéristiques relatives d'encrassement visuel dû aux poussières qui ont traversé le filtre peut également être considérée.
L'objectif de l'invention est donc de fournir un procédé et un système de contrôle des performances de filtres pour conduite d'admission d'air d'une turbine.
Dans un mode de réalisation, l'invention concerne un procédé de contrôle d'un filtre pour une conduite d'admission d'air d'une turbine dans lequel on soumet le filtre à un flux incident d'eau salée pulvérisée, et on mesure des paramètres du flux de part et d'autre du filtre représentatifs de l'efficacité de rétention en sel du filtre. Ainsi on peut déterminer les performances d'un filtre présent dans un milieu maritime.
Cependant on ne sort pas du cadre de l'invention lorsque le filtre à contrôler est utilisé dans un environnement autre que le milieu maritime.
Avantageusement, les étapes de mesure sont réalisées en une séquence d'au moins un test.
Par exemple, à chaque test, on déplace des organes de mesure dans une conduite de test dans laquelle est placée le filtre.
On peut effectuer trois tests de quinze minutes, espacés chacun de vingt minutes.
En outre, on effectue quatre séquences de test.
On peut éventuellement sécher le filtre entre les séquences. Avantageusement, le filtre est incliné de dix degrés par rapport à l'axe horizontal.
Par exemple, chaque test comprend la mesure de la concentration en sel, de la distribution en goutteles d'eau salée et de la quantité d'eau et de sel.
On peut charger le filtre sec avec de la poussière et effectuer au moins une séquence de test sur le filtre sec chargé de poussière.
Par exemple, on mesure l'efficacité de rétention en sel du filtre. Selon au second aspect, l'invention concerne un système de contrôle d'un filtre pour conduite d'admission d'air dans une turbine comportant un moyen d'injection d'un flux d'eau salée pulvérisée vers le filtre.
Le système de contrôle comprend en outre des organes de mesures de paramètres du flux de part et d'autre du filtre représentatifs de l'efficacité de rétention en sel du filtre.
Par exemple, les organes de mesure comprennent au moins un organe choisi parmi un débitmètre, un conductimètre, un photomètre, un spectromètre à lumière blanche, un capteur d'humidité, un capteur de pression et un dispositif de mesure de particules.
D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence au dessin annexé qui illustre un système de contrôle d'un filtre dans une conduite de test selon l'invention.
Tel qu'illustré à la figure annexée, le système de contrôle 1 comprend une conduite de test 2 dans laquelle vient se monter un filtre à tester 3 et dans laquelle sont réalisés des étapes de test permettant de déterminer la capacité de rétention en sel des filtres 3. La conduite de test 2 est ainsi pourvue d'un support approprié pour le filtre 3 (non représenté) afin de le positionner transversalement dans la conduite sur le trajet d'un flux d'air incident illustré par des flèches F.
Un filtre à haute performance 4, appelé filtre « HEPA » est monté à l'entrée de la conduite de test 2 de manière à fournir de l'air de qualité dans la conduite, en particulier dans différentes zones de mesures A, B, C et D. La zone de mesure A est située entre le filtre HEPA 4 et le filtre à tester 3 jusqu'à la zone B qui est située directement en amont du filtre 3. La zone C est située directement en aval du filtre 3 et la zone D est située en aval de la zone C. La conduite de test 2 comprend un moyen d'injection 5 d'un flux d'eau salée vers le filtre 3 et un dispositif de transmission d'air (non représenté) situé en amont de la conduite de test 2. Le système de contrôle 1 comprend des organes de mesure de paramètres du flux disposés de part et d'autre du filtre 3. Ces organes de mesure sont reliés à un calculateur 6 qui permet d'enregistrer les mesures effectuées. Les organes de mesure comprennent, par exemple, un débitmètre 7, un capteur d'humidité 8, un capteur de pression statique 8a, un spectromètre à lumière blanche 9, un moyen gradué 9a, un photomètre 10, un conductimètre 11 et un moyen de mesure 12 du nombre de particules. Bien entendu, un ou plusieurs de ces organes peuvent être utilisés selon les types de test à réaliser. D'autres types d'organes de mesure peuvent également être utilisés.
Le débitmètre 7 est situé en amont de filtre HEPA 4 et permet de déterminer le débit de l'air entrant. Un capteur d'humidité 8 et un capteur de pression statique 8a sont situés dans chacune des zones A et D. Le spectromètre à lumière blanche 9 et permet de déterminer la quantité d'eau dans la zone A injectée par le moyen d'injection 5 et la quantité d'eau dans la zone D. Le moyen gradué 9a est situé dans les zones B et C et permet de déterminer la quantité d'eau présente dans ces zones. Le photomètre 10 est situé dans la zone A et permet de déterminer la concentration en sel. Le conductimètre 11 et le moyen de mesure 12 du nombre de particules sont situés dans les zones B et C de part et d'autre du filtre 3. Le conductimètre 11 détermine la concentration en sel et le moyen de mesure 12 permet de déterminer l'efficacité partielle du filtre 3. L'efficacité partielle correspond au nombre de particules situées en aval du filtre 3 comparé au nombre de particules de même taille situées en amont du filtre 3.
La conduite 2 telle que représentée présente, à titre d'exemple non limitatif, une forme dénivelée de façon à obtenir une meilleure répartition de l'injection de l'eau salée sur le filtre 3. Un premier dénivelé 13 forme un angle β avec l'axe horizontal, puis un second dénivelé 14 forme un angle γ avec l'axe horizontal. L'angle β peut être inférieur à 7° et l'angle γ peut être supérieur à 20°. Une conduite droite ou avec différents angles γ et β peut également être envisagée pour effectuer le contrôle du filtre 3. Le filtre 3 à tester est incliné d'un angle a par rapport à l'axe horizontal de la conduite 2. L'angle a peut être de 10°. Le filtre 3 est monté dans la conduite 2 par des moyens de fixation étanches (non représentés) afin de diriger le flux d'eau salée uniquement à travers le filtre 3.
La concentration en sel injectée par le moyen d'injection 5 peut être, par exemple, de 35g/L.
Une première étape de contrôle consiste à tarer le spectromètre à lumière blanche 9 ainsi que les moyens de mesure 12 du nombre de particules. Lors de cette première étape, le filtre à tester 3 n'est pas positionné dans la conduite 2. Un flux d'air est dirigé par le dispositif de transmission d'air à travers le filtre HEPA 4 de manière à obtenir une bonne qualité d'air dans les zones de mesures A, B, C et D, puis l'eau salée est injectée par le moyen d'injection 5. Le flux d'air permet d'obtenir un flux incident d'eau salée pulvérisée vers le filtre 3.
Le calculateur 6 relève les valeurs du spectromètre à lumière blanche 9, du conductimètre 11 et des moyens de mesure 12 du nombre de particules en amont et en aval du filtre HEPA 4, c'est-à-dire respectivement les valeurs de la quantité d'eau, de la concentration en sel et du nombre de particules.
Une deuxième étape consiste à insérer et à verrouiller le filtre 3 dans la conduite 2, puis le flux d'air est transmis par dispositif de transmission d'air et l'on soumet le filtre 3 au flux incident d'eau salée pulvérisée par le moyen d'injection 5 pendant une durée déterminée, par exemple de trois heures.
Une troisième étape consiste à réaliser trois tests pendant une heure. Chaque test comprend la mesure de la quantité d'eau par le spectromètre à lumière blanche 9, la mesure de la concentration en sel par le photomètre 10 et la mesure du nombre de particules par le moyen de mesure 12 afin de déterminer l'efficacité partielle du filtre 3.
Chaque test dure environ quinze minutes. Un intervalle d'environ vingt minutes existe entre chaque début de tests. Après chaque test, le spectromètre à lumière blanche 9 et le photomètre 10 sont déplacées dans la conduite 2 suivant l ' axe horizontal . Lors des tests, les organes de mesure 9 et 10 peuvent être positionnés dans la zone B, puis dans la zone A, pui s dans la zone D .
Lors d' une quatrième étape, les troi s tests sont répétés pendant environ deux heures, afin d' obtenir troi s mesures de chaque organes de mesure 9, 10 et 12 et d' en déduire une moyenne.
Les étapes une à quatre sont appelées ultérieurement « séquences de test » .
La cinquième étape consi ste à sécher le filtre 3 , par exemple en augmentant le débit de l ' air. Le filtre est séché pendant environ douze heures pui s son taux d' humidité est vérifié. Lorsque le filtre 3 est sec, la séquence de test est répétée au moins une fois. La séquence de test peut être répétées j usqu' à quatre foi s .
Lorsque la cinquième étape est terminée, on charge le filtre 3 sec avec de la poussière à 450 Pa, par exemple de type ASHRAE, et on répète à nouveau la séquence de tests au moins deux foi s, pui s on charge à nouveau le filtre 3 avec de la poussière à 700 Pa, par exemple de type ASHRAE, et on répète la séquence de tests au moins deux foi s.
Enfin, on mesure l ' efficacité de rétention de poussière du filtre
3 par le test i ssu de la norme EN 779.
La perte de charge doit être contrôlée régulièrement durant le test.
On notera que l ' invention qui vient d' être décrite permet de contrôler un filtre et déterminer son efficacité de rétention de sel et de poussière dans un environnement maritime, en fonction de la quantité d' eau salée en amont et en aval du filtre 4, de la quantité de sel récupérée en amont du filtre 4.
Ainsi pour qu' un filtre soit performant, la quantité d' eau salée récupérée en amont du filtre doit être supérieure à la quantité d' eau salée récupérée en aval du filtre, la valeur de l ' efficacité de gouttelettes d' eau salée et la quantité de dépôt de sel doivent être supérieures ou égales à des valeurs de référence. On peut noter, qu' il y a généralement une quantité d'eau, par exemple 25% de la quantité d'eau initiale, qui ne parvient pas jusqu'au filtre 3.
Si deux des trois paramètres ci-dessous sont corrects, la performance du filtre est discutable et il convient de refaire le test. Cependant, si un seul des trois paramètres est correct, le filtre est considéré comme défaillant.
On notera également que l'invention ne se limite pas au contrôle de filtres utilisés dans un environnement maritime mais permet de contrôler n'importe quel filtre.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de contrôle d'un filtre (3) pour conduite d'admission d'air d'une turbine, caractérisé en ce que :
- on soumet le filtre (3) à un flux incident d'eau salée pulvérisée,
- on mesure des paramètres du flux de part et d'autre du filtre représentatifs de l'efficacité de rétention en sel du filtre.
2. Procédé de contrôle d'un filtre selon la revendication 1, dans lequel les étapes de mesure sont réalisées en une séquence d'au moins un test de contrôle.
3. Procédé de contrôle d'un filtre selon la revendication 2, dans lequel à chaque test, on déplace des organes de mesure (9, 10) dans une conduite de test (2) dans laquelle est placée le filtre (3).
4. Procédé de contrôle d'un filtre selon l'une des revendications 2 ou 3, dans lequel on effectue trois tests de quinze minutes, espacés chacun de vingt minutes.
5. Procédé de contrôle d'un filtre selon l'une des revendications 2 à 4, dans lequel on effectue quatre séquences de test.
6. Procédé de contrôle d'un filtre selon la revendication 5, dans lequel on sèche le filtre (3) entre les séquences.
7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, selon lequel le filtre (3) est incliné de dix degrés par rapport à l'axe horizontal.
8. Procédé selon l'une des revendications 2 à 7, selon lequel chaque test comprend la mesure de la concentration en sel, du nombre de la distribution de goutteles d'eau salée et de la quantité d'eau.
9. Procédé selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que l'on charge le filtre sec avec de la poussière.
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'on effectue au moins une séquence de test sur le filtre (3) sec chargé de poussière.
11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'on mesure l'efficacité de rétention en sel du filtre (3).
12. Système de contrôle d'un filtre (3) pour conduite d'admission d'air dans une turbine comportant un moyen d'injection (5) d'un flux d'eau salée pulvérisée vers le filtre (3), caractérisé en ce qu'il comprend des organes de mesures (9, 10, 12) de paramètres du flux de part et d'autre du filtre représentatifs de l'efficacité de rétention en sel du filtre (2).
13. Système de contrôle selon la revendication 12, selon lequel les organes de mesure comprennent au moins un organe de mesure choisi parmi un débitmètre (7), un conductimètre (11), un photomètre (10), un spectromètre à lumière blanche (9), un capteur d'humidité (8), un capteur de pression et un dispositif de mesure de particules (12).
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